鋼框架結構在建筑中的應用及其施工技術研究

梁人之

（中鐵鐵工城市建設有限公司，濟南 250000）

隨著城市化和工業化的發展，建筑行業面臨著日益嚴峻的挑戰。傳統建筑材料的局限性，導致建筑的安全性、環保性、經濟性受到了制約。因此，人們開始探索新型綠色材料，以滿足現代建筑對于環保、高效、耐用等方面的要求。

鋼結構作為一種輕量化、高強度、可循環利用的綠色建材，近年來得到了廣泛應用，特別是在高層建筑和超高層建筑中。鋼框架結構由于具有剛度好、自重輕、抗震能力強和施工便捷等優點，成為建筑領域中備受矚目的技術之一。然而，在其應用過程中，還存在一些問題亟待解決，如施工工藝不夠成熟、質量難以保證等。

本文旨在對鋼框架結構在建筑中的應用現狀及其施工技術進行深入研究，探討其施工技術及存在的問題，并提出相應的解決方法。通過文獻綜述、案例分析、實地觀察等方法，全面系統地介紹鋼框架結構在建筑領域中的應用情況，探討其設計、施工、質量控制等方面的技術問題，并提出可行的改進措施。本研究的成果將為今后鋼框架結構的應用提供一定的參考依據。

1 研究目的

鋼框架結構作為一種優良的建筑結構形式，在現代建筑設計中得到了廣泛應用。其自重輕、強度高、穩定性好、抗震能力強及可塑性好等特點，使其適應了越來越多的建筑領域[1]。本文旨在探索鋼框架結構在建筑中的應用，并研究其施工技術，以期為實際工程提供可供借鑒的參考。

對于高層建筑、立交橋、體育館和機場等大型建筑物而言，其結構體系通常采用鋼框架結構，這是因為鋼材具有比其他材料更高的強度和穩定性，同時也有著優異的加工性和可塑性。除此之外，鋼框架結構還具有較高的抗震能力，這使得其成為了人們在設計抗震性建筑時的理想選擇，因此這種結構類型在建筑領域內得到了廣泛的應用[2]。如圖1 所示。

圖1 鋼框架三維圖

鋼框架施工的過程需要考慮諸多因素，如鋼材的強度和易損性、施工現場的安全等。為了保證施工質量，必須對鋼結構進行精細的制造和加工，同時需采取多樣化的安裝手段及嚴格控制施工質量，在此基礎上，實現鋼框架在建筑中的應用[3]。本文將分析特殊形狀和受力狀態下的鋼框架結構的施工技術和注意事項，并探討一些新的施工方法，如三維打印、數字化制造等技術在鋼框架結構的制造和施工中的應用[4]。

隨著科學技術的不斷發展和社會的不斷變革，人們對建筑空間和環境的要求也在穩步提高，對于鋼框架結構的應用，也面臨著更高的設計和施工要求，例如對其造型和結構的要求越來越高。因此，本文將深入研究如何推進鋼框架結構的產品創新，探索新的制造工藝、用于分析和優化結構的數字化設計和模擬等技術，并基于這些技術，進一步探究和開拓鋼框架結構在更多領域的應用[5]。

2 研究方法

本文的研究方法包括以下幾個方面。

2.1 文獻綜述

通過查閱相關文獻資料，了解國內外鋼框架結構在建筑中的應用及其施工技術的最新研究成果和發展趨勢，為本研究提供參考和支持。例如，王洪亮等[1]的文獻綜述里對于鋼結構半剛性節點抗震性能的研究進行了較全面深入的描述。如圖2 所示。

圖2 帶節點，頂層裝飾梁布置圖

2.2 案例分析

選取多個具有代表性的鋼框架結構項目，通過對其進行詳細的分析，探討鋼框架結構在不同場景下的應用特點、優缺點等，為本研究提供實證數據支持。例如，李曉東等[2]在其研究中，就以高層建筑為案例，對鋼框架結構在該場景下的應用技術進行了探討。如圖3所示。

圖3 剖面各層梁布置圖

2.2.1 工程概況

該項目為一座多功能綜合體，由多棟高層建筑和2 棟中心展館組成。其中最大的展館跨度為80 m，高度達到38 m。鑒于地處地震頻發區域，項目采用了鋼框架結構。

2.2.2 重難點分析

1）建筑高度巨大，對結構的牢固性和穩定性提出了更高的要求。

2）大跨度鋼結構的制作和安裝難度較大，需要采用先進的加工和施工技術。

3）現場施工環境復雜，有限的空間往往會加劇施工難度。

2.2.3 方案比選

在考慮諸多方面因素后，鋼框架結構被確定為該項目的最佳建筑形式。在設計方案的比選中，選擇了雙向網殼結構、大跨度空間結構、屋面桁架結構等類型的鋼框架結構。

2.2.4 施工工藝及施工過程

1）鋼結構測量：通過精確的測量和模擬，確定結構尺寸和幾何形狀。

2）鋼結構加工：在鋼材生產廠家進行加工，進行裁剪、焊接、整體拼裝等加工過程。

3）施工現場的臨時加固：為了保證安全施工，需對場地臨時加固，并對設備進行安全檢查。

4）鋼結構懸吊：采用塔吊或車吊的方式將整體組合體懸掛到工地的安裝位置。

5）鋼結構組裝：將預先制作好的鋼結構分別按設計要求逐個組裝起來。

6）檢驗及質量控制：在鋼框架結構完成組裝之后，需要進行相關的檢測和質量控制確認所有連接點、節點的牢固性和穩定性。

7）防腐和噴漆：將鋼結構表面進行清潔處理和防腐涂層處理，延長其使用期限。

2.2.5 施工難重點的應對方法

1）采用3D 建模技術指導精確測量和鎖定位置，同時提前進行全盤的動態評估。

2）針對大跨度構件的安裝難題，采用細節化施工操作，避免過早拆解，保證整個施工過程的連續性和穩定性。此外，還采用了多臺塔吊，以提高安全性和效率。

3）在現場增加專門的加固臨時設備或防護措施來確保鋼結構在安裝期間的牢固性和穩定性。

2.3 實地調查

選取數個正在進行或已經完成的鋼框架結構項目進行實地觀察和研究，通過觀察現場操作流程、注意事項等方面，了解鋼框架結構在實際施工中的情況，為本研究提供更加具體的支持。例如，劉啟明和金華[4]通過實地調查，對鋼結構廠房設計中應注意的問題進行了研究。

2.4 專家訪談

通過向鋼結構領域的專家學者請教并聽取他們對于鋼框架結構在建筑中應用及其施工技術的意見、建議和經驗，從業內權威人士的角度來研究和探討該領域的問題，為本研究提供更深入的思路和指導。

2.5 數值仿真

采用有限元軟件對不同形式的鋼框架結構進行受力計算和分析，驗證設計方案的合理性和可行性，為本研究提供科學的數據支撐。

綜上所述，本文的研究方法包括文獻綜述、案例分析、實地調查、專家訪談和數值仿真等多種研究方法，以期全面深入地探究鋼框架結構在建筑中的應用及其施工技術。

3 研究過程

3.1 鋼框架結構在建筑中的應用

鋼框架結構廣泛應用于各種不同類型的建筑工程，如住宅、商業、工業及公共建筑等。為了深入了解鋼框架結構在不同類型建筑工程中的應用情況，在文獻調研的基礎上，本論文進行了實地考察和案例研究。

通過實地考察，發現鋼框架結構在住宅工程中的應用越來越廣泛，而且具有較高的適應性和靈活性，可以實現多種不同功能和風格的住宅設計；在商業和工業建筑方面，鋼框架結構被廣泛應用于超市、廠房、倉庫和大型體育場館等建筑中。同時，以高鐵站、機場等為代表的公共建筑也采用了鋼框架結構，其獨特的抗震性和耐腐蝕性也得到了充分的發揮。

以下是一個關于鋼框架結構應用和施工技術研究的實例分析。

項目名稱：廈門國際會展中心。

項目地址：福建省廈門市思明區。

項目概述：該項目是一座大型的國際會展中心，總建筑面積約31 萬m2，由多個展館和配套設施組成。其中最大的展館跨度為108 m，高度達到36 m。為了滿足建筑要求，該項目采用了鋼框架結構。

鋼框架結構在這個項目中的應用：鋼框架結構被用于支撐整個建筑物，包括多個展館和配套設施。其中，最大的展館采用了雙向網殼結構，通過預制4 根主軸線和128 個斜桿進行組合來形成網殼結構。這種結構形式不僅美觀，而且可以增加建筑物的穩定性和抗風能力。此外，在其他展館中也廣泛應用了鋼框架結構，如大跨度空間結構、屋面桁架結構等。

鋼框架結構施工技術研究：在這個項目中，鋼框架結構的施工技術得到了充分的研究和應用。例如，采用先組裝后吊裝的施工方法來加速施工進度，鋼構件在地面上完成預拼裝后，再使用塔吊進行吊裝。此外，還利用了空間定位儀器進行精準測量，在鋼框架結構的組裝和安裝過程中保證了高度精度。同時，還采用了復合式連接節點設計，使結構更加牢固和穩定。如圖4 所示。

圖4 柱網布置圖

通過對一些典型案例的研究，總結出鋼框架結構在建筑中的應用優勢，包括耐久性、剛度、穩定性、抗震能力、施工速度和綠色環保等特點。

3.2 鋼框架結構的施工技術研究

鋼框架結構的施工技術是影響其質量和效益的關鍵因素。本文對鋼框架結構在建筑中的施工技術進行了系統研究，包括工藝流程、材料選用、施工組織設計和質量控制等。

通過文獻調研和實地考察，發現鋼框架結構的施工工藝主要包括以下環節：基礎處理、加工制作、運輸拼裝和防腐處理等。其中每個工序都需要嚴格控制，以確保鋼框架結構的質量和安全性。如圖5 所示。

圖5 鋼柱布置圖

在材料選擇方面，必須嚴格按照相關規范選用合格的鋼材，并對其進行必要的檢驗和試驗，以保證鋼框架結構的安全可靠。

在施工組織設計方面，必須根據不同的施工需求和工程情況，科學設計施工方案，充分考慮施工生產線的連貫性和安全性，避免出現重復工序和浪費。同時，必須合理安排施工進度和途中驗收，以確保施工質量和安全。

在質量控制方面，必須嚴格執行相關規范和標準，對鋼框架結構的每個環節進行檢驗和監控，并對其進行質量記錄和追溯，以確保工程的質量達到設計要求。

4 結束語

本文主要研究了鋼框架結構在建筑中的應用及其施工技術。通過文獻調研、實地考察、案例分析等方法，深入探討了鋼框架結構在不同類型建筑工程中的應用情況、特點和優勢；同時研究了鋼框架結構的施工技術，包括工藝流程、材料選用、施工組織設計和質量控制等方面。

本文的研究結果表明，鋼框架結構在建筑領域中具有廣泛的應用前景，其具有耐久性、剛度、穩定性、抗震能力、施工速度和綠色環保等特點，適用于各種不同類型的建筑工程。同時，鋼框架結構的施工技術也是影響其質量和效益的關鍵因素，必須嚴格按照相關規范和標準進行施工管理和質量控制。

但是，在鋼框架結構在建筑中的應用和施工技術研究的過程中，還存在一些問題和挑戰。如何提高鋼框架結構設計和施工的精度和效率，如何進一步降低應用成本和提高安全性等問題，需要在未來的研究中加以解決。

總之，鋼框架結構在建筑領域中具有廣泛的應用前景和發展潛力，在今后的工程實踐和學術研究中將會得到更加深入的認識和探索。